地磁车辆检测器防非正常触发设计

陈 峰

（江苏省东台市停车设施管理中心，江苏盐城 224200）

1 检测器工作原理

在几千米范围内地磁场基本上保持着恒定，但是巨型的金属物质可能会引起巨大的地磁扰动。地磁传感器可以监测出磁场1/6000 的微小变化，如有车辆经过磁场强度的变化量可以被视为灵敏度的一部分，利用地磁对车辆通行状况进行监测是非常灵敏的。因此，在实际设计过程中只能采用单轴的传感器。为节约成本，减小地磁车辆检测器的体积，相应的设备必须具有较小的体积。与传感器相比，模拟的信号U 经过单限位压缩器形成数字脉冲信号波U。高脉冲频率的时间和间隔通常很短，只有10 ms 或几毫秒。传统的地磁车辆检测器一般使用独特的触发电路来扩展脉冲宽度。为了用高脉冲U1 保护不必要的信号，车辆只通过一个方形信号，它可以被进一步地处理。然而在实际使用过程中，检测器常常出现不能正常工作的状况，或者有几辆车经过时只会产生一个方波信号。问题主要有3 类：电路安装后是固定的，但车的长度不同，速度也不同；这使得t0的值不确定，并且可能存在两个或更多次波。当汽车站在探测器上时，发动机的振动会引起地球磁场长期波动。如果传统的U2 磁性车辆检测器检测到这种永久性干扰，则这种类型与前一种类型相同。如果电路升级，则由同一电路处理。如果车辆太短或太快，两辆或两辆以上的车可能有一个方波，这掩盖了有效信号。第一种问题的解决方案取决于是否认为车辆信号受到干扰，如果两个次波之间的间隔小于某个值，则视为干扰信号。

2 传感器软件设计

2.1 车辆检测算法

传感器安装在路中间，有车辆经过时可以发现磁场变化的信号，进而获得车辆的行驶信息。本文对车辆地磁响应信号进行分析，将地磁信号分为3 类。由于车辆对相邻道路或其他物体的干扰而由传感器记录的磁信号，以及由传感器在K 处记录的最后一个磁信号。车辆识别方案，包括车辆检测算法、滤波模块两部分：实时捕获对象的三维地磁原生信号，从这个信号中得到基线数据；而滤波模块主要是将可检测到的地磁信号进行过滤并接收其他的信号。如果3 个差异中至少有两个超过默认阈值，则应将这类信号评估为车辆信号；如果连续的三维地磁信号是车辆的信号，则必须记录为车辆的状态。输出模块通过检测地磁信号、开关个数并将信息传送给接收机来判断是否有车辆，主要由三轴特异性磁阻感应器来完成。除了提供实时交通监控，它还包括：通过节点的车辆数和从每个状态到下一个状态的车辆数之和；根据车辆总数计算路段运输成本的计算装置；输出模块用于将交通流数据加载到相应的服务器上，交通数据可用于交通部门的实时交通管理。

2.2 信号滤波

采集地磁信号需要一个预处理滤波器，过滤器组件包括介质过滤器和中间过滤器。

常规过滤。删除参数n 次，可以随机选择n，再加上n 的采样值，得到均值作为当前值。n 阶信号按从小到大或从小到大的顺序接收。为了按优先级顺序选择中间值，必须用合理的数据替换N 级数据。中值滤波的优点是易于消除突变因子，使信号形状比中波稳定可靠。

可检测信号特征的最佳组合使用两种滤波方法的组合。在车辆信号缺失的情况下，采用均方根滤波方法对毛刺信号进行滤波，得到更准确的输出值。如果检测到汽车的信号，信号会有很大的波动。目前，中值滤波方法可以有效消除脉动干扰、平滑信号。

2.3 车辆检测

核心算法是确定车辆信号并使用场景机：车辆可用性由基准和阈值决定；简化状态机将信号分为车辆状态和无信号状态，并对两种状态进行比较，判断是否有车辆；采集滤波后的信号，得到平滑的混合信号。该更新基于地磁背景信号，阈值用于确定地磁背景信号是否为车辆信号。将滤波后的X 轴和YZ 轴的地磁信号与相应的三轴参考参数进行比较，得到3 个绝对偏差，其中至少有两个超过系统向车辆发出的信号所定义的阈值。

该系统的特点是可以消除相邻车辆的干扰而不受其他车辆的影响：它们有延迟功能，失去了实时功能，进入车辆控制系统时会检查这两种状态的状态和周期，在控制模式下评估是否有车辆信号；为了确定循环状态，每个循环记录车辆的通行情况，以达到识别的目的。然后通过无线网络将道路信息实时传输到监控中心，实现对道路交通的实时监控。

实现道路交通的实时监控，主要包括两个环节：每次从控制室到下一个控制室，登记为通行证，根据累计车辆数计算总车辆数；将当前数据加载到相应的服务器。

整个系统状态阶段由3 种不同的状态组成，分别是初始状态、控制状态和机器状态。循环由进入控制阶段的最后两个状态组成。

（1）初始状态：系统首先进入初始状态，在最短时间内选择基准标准滤波器，并提前设置阈值。经过多次实验，初始阈值通常设置为30～50 ms，系统初始化后立即进入测试状态。

（2）测试状态：在控制模式下，系统评估车辆信号并持续调整基线。无论外界温度如何变化，基板都会变化到一定值。如果干扰的数目较大，则阈值是新的。当检测到车辆的信号且其数量达到临界点时，系统跳入车辆状态，基线不会自动更新。如果车辆信号丢失，地磁信号达到临界值，算法将在状态控制和状态控制之间循环。完成循环就是通过节点对车辆进行识别，这样循环的次数就是车辆的数量，就可以实现运动检测。

2.4 更新模块

更新模块由两部分组成：更新基准日期和更新阈值。找到车辆信号后，设置复选框和阈值。如果传感器多次接收到车辆信号，则每个轴的原始基准由介质过滤器确定。该阈值是在多次测试车辆信号时获得的。一旦进入注册系统，系统将根据权重函数不断更新基线，滤波后的信号将不断更新某个权重基准。它是一个三轴加权基函数。为了更好地确定基准而改变外部条件，权重越大、阈值变化越快，外部干扰的影响就越大。相反，发射状态变化越慢，对扰动的影响越小。

3 防非正常触发

3.1 基于单片机

在微机基础上，采用八针单片机作为主控晶体，通过软件实现反异常触发的TL 功能，当UNMIT 低于规定的t 值时，视为同一车辆的故障信号，只发出一个高脉冲信号，而脉冲发生的运行时间完全相同。只要t 足够，它就可以准确地指定车辆的转移或存在信号。然而该方案也存在两个缺点：一是电源快速消失，单片机切换重启一段时间，目前无法识别车辆；二是带有芯片的微处理器可以逃逸甚至消失。

3.2 RC 电路方案

由特定大小的电阻与电容构成的RC 电路常用于模拟和脉冲数字电路中。这些电路根据电阻值R 和电容器C、输入输出参数和处理后的波形而变化，这导致了差异性的应用。电阻R和电容C 与输入信号V 和电容C 输出有适应标准的连接关系。这种电路在即将消失时称为集成电路，高压脉冲电容器从充电开始放电，电流流过电路。这种现象称为过渡现象，或一回路零反应。在基于RC 电路的设计方案中，集成的电路不是延迟开关。在设计和应用中，在电路的输入端额外放置了一个二极管：当C 电容开始放电时，电流不能给R 充电，从而为前一周提供足够的保护。

4 设计原则

（1）实用性：在运用各种技术和手段时，要有很强的实用性。设计时不仅要考虑先进性，还要考虑实用性。制度建设要以应用为对象，坚持实效性原则，坚持实用性原则。

（2）标准化：设备的设计和开发应严格遵守交通部和交通运输部制定的各项规范和政策。

（3）适用性：设备的发展目标是为企业管理、领导和公众提供服务。其功能实用、完整，能够满足相关业务的需要。

（4）先进性和成熟性：在可行性、管理可行性和技术可行性相结合的基础上，设计不仅需要运用先进的理念、技术和方法，而且需要运用结构、技术和方法上注意相对成熟的工具。

（5）稳定性和可靠性：从系统结构、设备管理等方面采取技术措施，保证系统运行的可靠性和稳定性，实现最大平均无故障时间，系统结构设计必须保证系统的稳定性和可靠性，完善负载均衡机制。

（6）效率：在数据库和程序的设计中，充分考虑了工作数据（包括历史数据）的有效输入、查询、统计和分析。要求系统响应速度快，减少用户等待时间，提高工作效率。

（7）可扩展性：软件通过先进的理论、系统理论、层次结构和代理方法等来保证可扩展性，在数据库设计等方面具有良好的可扩展性，技术选择既考虑了先进性和实用性，同时也考虑到系统的可持续发展。系统界面设计可以考虑可持续发展。

（8）融合性：软件用户界面设计应友好美观，简单实用。

（9）可维护性：为管理者提供系统日常操作的工具或方法。

（10）准确性：采取有效措施确保系统和数据的准确性。

5 结束语

充电电路稳定，适应性强，整机无法应对立即停电、雷击、适应恶劣电磁干扰等不利条件。在这种情况下，电磁式车辆检测系统比传统的感应线圈式的传感器对土壤的损伤小，安装维护方便，可用于交通或大型停车场，由于车速的影响（记录精度低），车道内使用了无线磁车辆检测器，能耗也大大降低。通过高速公路上的性能测试，可以评估车辆是否通过了测试。